GEOSTUD: Fundarea ansamblurilor rezidentiale si a unor cladiri cu inaltime mica din municipiul Bucuresti pe umpluturi stabilizate

Ca urmare a restrangerii perimetrelor cu terenuri bune de fundare, care sunt si foarte scumpe, a aparut necesitatea de fundare pe umpluturi, indeosebi la ansamblurile rezidentiale cat si la unele imobile cu inaltime mica. Desi aceste locuinte transmit presiuni mai mici la terenurile de fundare, din cauza neomogenitatii umpluturilor apar tasari diferentiate, care in final pot distruge imobilul. Dintre solutiile aplicabile pentru a combate acest inconvenient, cele mai cunoscute si recomandate sunt: fundarea pe perna de balast/piatra sparta, armata cu geogrile si invelita in geotextil; consolidarea prin executarea de straturi succesive din pamant armat cu geotextile; si ultima, dintre cele mai moderne, consolidarea cu „incluziuni rigide”.

Fiecare solutie are o baza teoretica, o tehnologie specifica si presupune excavarea umpluturii pe o anumita adancime, de regula cuprinsa intre 1-1,5 m pentru perna, 1,5-2,5 m pentru consolidarea cu straturi succesive din pamant armat si de 2,5-3,5 m pentru consolidarea cu incluziuni rigide. In orice caz, cota sapaturii trebuie oprita la cel putin 1 m deasupra panzei freatice. In continuare vom prezenta, sintetizat, primele doua tehnologii bazate pe folosirea geosinteticelor.

Fundarea pe perna de balast/piatra sparta, armata cu geogrile si invelita cu geotextile

Aceasta tehnologie are la baza conlucrarea dintre geogrile, balast si geotextile.

Geogrilele sunt materiale sintetice din polietilena de inalta rezistenta, formate dintr-o retea deschisa, care permite patrunderea granulelor de balast/piatra sparta, cu care realizeaza o inclestare (fig. 1), diminuand astfel considerabil tendinta de deplasare laterala si verticala a granulelor. Se formeaza astfel, asa cum se observa in fotografie (fig. 2), o panza care preia eforturile de intindere, pe care terenul de fundare nu le poate prelua, uniformizeaza distributia sarcinilor si disipeaza concentrarile de eforturi, marind totodata unghiul de distribuire a sarcinilor si in final creste capacitatea portanta a terenului de fundare. Geotextilul are rol de separare intre umplutura heterogena inconjuratoare, impiedicand patrunderea agregatelor in umplutura si patrunderea particulelor fine de pamant din umplutura in perna, inlaturand colmatarea. De asemenea, are rol de filtrare si drenare. Balastul mai are si rolul de a rupe capilaritatea pentru ca apa sa nu se ridice deasupra pernei, anuland astfel subpresiunea asupra talpii fundatiei imobilului; de asemenea, repartizeaza uniform sarcinile si mareste capacitatea portanta. Numarul necesar de straturi, implicit de geogrile, se poate dimensiona astfel:

1. a) Se alege constructiv: Grosimea saltelei d = 1,0 m; latimea saltelei L = l + 2·0,5 m, unde l = latimea fundatiei cladirii;
2. b) Dimensiunea numarului de geogrile: T = (G + qxl)/d, unde T = forta de tractiune preluata de geogrile (KN), G = greutatea imobilului (KN), q = sarcini mobile uniform distribuite (zapada, mobilier, oameni etc.) (KN); n = T/R_t, unde n = numarul de geogrile / numarul de substraturi, R_t = rezistenta la tractiune a unei geogrile (KN).

De regula, din experienta, numarul maxim de straturi este de 4 si grosimea unui strat este de 0,25 m (dupa compactare).

Aceasta solutie a fost propusa in studiul geotehnic pentru construirea ansamblului rezidential Green Lake Residence, parcela H (fig. 3), unde umpluturile au pana la 7 m grosime si de la 3 m adancime contin placi mari de beton inglobate in masa heterogena de moloz si pamant.

Consolidarea si stabilizarea umpluturilor prin executarea de straturi succesive din pamant armat cu geotextile

Tehnologia de consolidare si stabilizare a umpluturilor consta in: trasarea amplasamentului imobilului; excavarea umpluturii pana la cota stabilita prin proiect; indepartarea de pe suprafata excavata a tuturor materialelor  contondente (caramizi, bucati de beton, fiare), radacini, resturi vegetale, textile, nivelarea si compactarea suprafetei rezultate.

Pe suprafata astfel pregatita se intinde primul strat de geotextil (format din fasii petrecute pe o latime de minimum 20 cm), dupa care se asterne un strat de pamant afanat de aproximativ 25-35 cm grosime si se compacteaza la un grad de compactare cuprins intre 96-98%, realizandu-se astfel primul strat elementar de pamant armat. Opertia se executa in continuare succesiv pana la cota proiectata, care devine cota de fundare a imobilului.

Efectul de stabilizare si armare se realizeaza prin mobilizarea eforturilor de forfecare la contactul pamant – geotextil (fig. 4).

Compactarea, ca efort vertical (σ), induce un efort de intindere in geotextil (T), dat de rezistenta mobilizata la contactul dintre pamant si armatura (τ_s). Astfel in pamantul compozit apare o rezistenta mobilizata (τ), a carei valoare este: τ = τ_s + T/d = τ_s + T·D unde d = distanta dintre armaturi; D = 1/d, D = frecventa armaturii sau densitatea armaturii. In acest mod apare in pamant un plus de coeziune (coeziune suplimentara ∆C_s), a carei valoare este ∆C_s = D·T cand sub eforturi pamantul cedeaza primul. ∆C_s = D·T/m_s unde m_s = τ_s/τ cand sub eforturi geotextilul cedeaza primul.

In aceste conditii, rezistenta la forfecare creste in stratul armat si in continuare in intreg pachetul de straturi si este functie directa cu distanta dintre armaturi (d), respectiv cu densitatea armaturii (D = 1/d). Astfel se ajunge ca, la ultimul strat armat, conditiile de fundare sa fie practic omogenizate pe o umplutura ale carei caracteristici geotehnice variaza in plan, reducand la minimum tasarile, concomitent cu cresterea capacitatii portante. In concluzie, aceasta solutie asigura distributia in teren a solicitarilor la nivelul presiunilor admisibile. Aceasta tehnologie s-a aplicat cu succes la fundarea unui imobil in zona Colentina, unde grosimea stratului de umplutura este de peste 10 m.

Controlul calitatii materialelor si a pamantului

Inainte de punerea in opera, toate materialele si pamanturile inglobate in lucrari trebuie sa indeplineasca toate conditiile stabilite de normele europene si nationale. In orice caz, pentru a asigura calitatea si durabilitatea lucrarilor, balastul/piatra sparta, geotextilul, geogrila si pamantul trebuie sa indeplineasca urmatoarele conditii minime:

1. a) pentru balast/piatra sparta: granulozitatea: 0-70 mm si incadrarea in zonele prescrise, U_n ≥ 15; inaltimea capilara: 15-20 cm; gradul de compactare: D = 90-100%, proctor normal; pentru geotextil: rezistenta la tractiune: R_c ≥ 300 KN/m; coeficientul de permeabilitate normal: K_n ≥ 510-2 cm/s; coeficientul de permeabilitate longitudinal: K_l ≥ 2·10-3 cm/s; alungirea la rupere: maximum 6%;
2. b) pentru geogrile: rezistenta la rupere pe directia principala: R ≥ 200 KN/ml; alungirea la rupere: maximum 6%.

Pamanturile din straturi sunt de tip coeziv fara elemente contondente care pot strapunge geotextilul si trebuie verificate inainte de punerea in opera, cel putin sub aspectul urmatoarelor caracteristici: curba granulometrica continua: U_n ≥ 15; limita superioara de plasticitate W_L = 30-40%; densitatea in stare uscata ρ_d ≥ 1,65 g/cm3; umiditatea la punerea in opera, w = w_opt ±3%; continut de materii organice, maximum 1%; continut de carbonati, maximum 1%. Dupa compactare fiecare strat trebuie sa aiba 20-25 cm grosime, sa atinga un grad de compactare de D = 96%-98% si D = 100% pe ultimele trei straturi.

BIBLIOGRAFIE

1. [S. Andrei], E. Hanganu, A. Barariu, [E. Georgescu] & E. Costica, The construction of improved foundation using geosynthetic materials, Proceeding of the 8th International Conference on Geosynthetics, Yokohama, 2006;
2. A. Barariu, Curs de geosintetice (manuscris), Universitatea din Bucuresti, Facultatea de Geologie si Geofizica, 2009 – 2015;
3. A. Barariu, V. Feodorov, M. Radulescu, [E. Georgescu], Consolidarea terenurilor slabe de fundare cu utilizarea materialelor geosintetice la executia autostrazilor si drumurilor modernizate, Buletin Nr. 9, Bucuresti, iunie 2002, editat de Asociatia Romana de Geosintetice si Consitrans;
4. V. Feodorov, Pamant armat cu geosintetice, Editura Academiei Romane, Bucuresti, 2003;
5. [A. Gazdaru], V. Feodorov, S. Manea, L. Batali, Geosintetice in Constructii, Editura Academiei Romane, 1999;
6. NP 075-2002, Normativ privind utilizarea materialelor geosintetice la lucrarile de constructii;
7. C 169-1988, Normativ privind executarea lucrarilor de terasamente pentru realizarea fundatiilor, constructiilor civile si industriale;
8. Baza de date Geostud 2001-2019;
9. NP 07/2014, Normativ privind documentatiile geotehnice pentru constructii.

Autori:
drd. ing. Sebastian Mustatea – Sef Laborator de Analize si Incercari in Constructii S.C. Geostud S.R.L.
ing. Liviu Talos – Loctiitor Sef Laborator de Analize si Incercari in Constructii S.C. Geostud S.R.L.
ing. Aurel Barariu – Consilier pe probleme de geotehnica si de mediu S.C. Geostud S.R.L.

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 188 – ianuarie-februarie 2022, pag. 42